Verkenning CO 2 -neutrale gastoekomst

Transcriptie

1 C nul 2 Verkenning CO 2 -neutrale gastoekomst Een transitie-oplossing met CO 2 -neutraal gas, door een combinatie van groen gas en gas met CO 2 -afvang In opdracht van GasTerra en Gasunie,14 juni 2016

2 Samenvatting en conclusies (1/2) Met een combinatie van groen gas in de gebouwde omgeving en niet-industriële sectoren, en gas-ccs in de industrie en gascentrales, kan in 2050 (zonder import van biomassa) een bijna CO 2 -neutrale energievoorziening worden gehaald (met een CO 2 -reductie van ca. 96% ten opzichte van 1990). Dit kan met beperkte investeringen in de energie-infrastructuur, met flexibiliteit aan opties voor elektrificatie, warmtenetten en hybride warmtepompen. Met dezelfde combinatie en een grotere inzet van groen gas uit geïmporteerde biomassa, kan een volledig CO 2 -neutrale (100% reductie) energievoorziening worden gehaald in Vermoed wordt dat dit ook kan met minder biomassa-import en meer andere opties zoals extra industriële energiebesparing en/of nieuwe CCS technieken zoals kleinschalige CCS of pre-combustion CCS. Zowel op korte als op lange termijn valt groen gas en gas-ccs binnen de kostenrange van de uitrol van sommige intermitterende duurzame bronnen, zoals wind op zee en thermische zonneenergie. Hiermee is duurzaam gas dus een reële en belangrijke transitie-oplossing, ook in synergie met de intermitterende duurzame bronnen en andere transitie-oplossingen. Daarnaast is groen gas de belangrijkste duurzame energiedrager die kostenefficiënt vraagpieken opvangt en tekorten in andere bronnen aanvult. Dat is vooral belangrijk op seizoensbasis, waarvoor in Nederland geen andere kosteneffectieve opslag voorhanden is. De inzet van groen gas biedt een oplossing voor de winterse warmtevraag die anders moeilijk te dekken is uit intermitterende duurzame bronnen zoals wind en zon. Dat biedt belangrijke leveringszekerheid - ook op langere termijn - temeer al het groene gas in Nederland zelf kan worden geproduceerd. Naast leveringszekerheid biedt deze (transitie)-oplossing optionaliteit en diversiteit in de gebouwde omgeving: met dezelfde hoeveelheid groen gas kan een emissievrije toekomst tot stand komen met een mix in diverse verhoudingen van warmtenetten, elektrische warmtepompen en hybride warmtepompen, met optimalisatie van infrastructuur op lokale omstandigheden.

3 Samenvatting en conclusies (2/2) Door de optionaliteit die ontstaat door de verschillende inzetmogelijkheden van groen gas en de flexibiliteit wat betreft infrastructuur kan de transitie beter betaalbaar worden. Groen gas kan immers andere energiedragers aanvullen en maakt gebruik van bestaande opslag- en transportinfrastructuur. Investeringen in productie en transportinfrastructuur van andere duurzame oplossingen kunnen zo geoptimaliseerd worden. Om de energietransitie te versnellen, is CCS in de industrie en bij gascentrales op korte termijn haalbaar als transitie-oplossing. Bovendien hoeft bij gas-ccs (in vergelijking met kolen) minder CO 2 opgeslagen te worden, waardoor we langer doen met opslag in gasvelden op de Noordzee. De combinatie van groen gas en CO 2 -afvang levert mogelijk ook negatieve emissies. Dat kan al vrij snel beginnen, bijvoorbeeld door kleinschalige afvang bij vergistingsinstallaties. Met negatieve emissies ontstaat de optie om te compenseren voor moeilijk te verduurzamen sectoren (bijv. sommige transportsectoren) of het inlopen van achterstanden in CO 2 -reductie (carbon debt). Om de implementatie van een transitie-oplossing met groen gas en CCS te laten slagen is ontwikkeling op verschillende fronten nodig: onder andere de logistieke professionalisering van reststromen, de ontwikkeling van aquatische biomassa, verdere ontwikkeling van diverse CCSopties en financieringsmodellen voor CCS in industrie. Aanbevolen wordt om de scenarioschets verder kwantitatief uit te werken met uitwerking van kosten, betaalbaarheid en leveringszekerheid, en daarbij de situatie in de industrie meer te detailleren qua mix van maatregelen (energiebesparing, CCS en groen gas). Daarnaast verdienen de logistiek van groen gas productie en de verdere ontwikkeling van CCS, gericht op de doelmatige realisering van het grote potentieel, aandacht.

4 Inhoud Aanleiding en doel van deze studie 5 Groen gas: stand van zaken, mogelijkheden en potentieel 8 CO 2 -afvang: stand van zaken, mogelijkheden en potentieel 20 Schets van een CO 2 -neutrale gastoekomst 32 Conclusies 42 Benodigde ontwikkelingsstappen 47 Geraadpleegde experts en literatuur 55 Bijlage: uitganspunten scenarioschets; lijst TRL-niveaus 60 4

5 5 1 Aanleiding en doel van deze studie

6 Aanleiding en doel De rol van gas in een CO 2 -neutrale energietoekomst De transitie naar een duurzame energievoorziening is dynamisch en onvoorspelbaar. Hoewel in de meeste energiescenario s dezelfde robuuste elementen terugkomen, zoals de toenemende rol van duurzame bronnen en decentrale opwekking, bestaat nog veel onzekerheid over de exacte invulling van de energiemix in Toch wordt door veel partijen momenteel hard gewerkt aan een CO 2 -neutrale energietoekomst. Dit proces is niet alleen een technologische uitdaging: er moet ook rekening worden gehouden met de maatschappelijke en economische haalbaarheid van verschillende duurzame bronnen en de inpassing hiervan in onze infrastructuur. Veel duurzame bronnen zijn immers nog duur of vragen om grote aanpassingen, zowel aan ons energiesysteem als in ons gedrag. Het bereiken van een CO 2 -neutraal 2050 is een complexe opgave, waarbij de inzet van alleen duurzame elektriciteit en energiebesparing waarschijnlijk niet genoeg is. Bovendien zijn er snelle, transitiegerichte oplossingen nodig om de gevolgen van klimaatverandering op korte(re) termijn tegen te gaan. Deze transitierol kan worden ingevuld door een duurzame gasvoorziening. Gas als CO 2 -neutrale energiedrager kan een belangrijke rol spelen als toevoeging op de huidige ontwikkelingen in duurzame energie, als transitie-oplossing en op langere termijn. Nederland is van oorsprong immers een land waar de gasinfrastructuur uitstekend is vormgegeven. Wanneer we voortbouwen op deze infrastructuur en de mogelijkheid van gas als CO 2 -neutrale energiedrager verkennen en ontwikkelen, kan een duurzame energietoekomst mogelijk worden versneld en verbreed. 6

7 Aanleiding en doel In deze verkenning: een schets van de rol van gas als CO 2 -neutrale energiedrager via twee routes Deze verkenning geeft een eindschets weer van de mogelijke rol van gas als CO 2 -neutrale energiedrager in 2050, met als doel een mogelijke versnelling te realiseren in de transitie naar een duurzame energietoekomst. In deze verkenning wordt gas dus voornamelijk als transitie-oplossing verkend, als aanvulling op de reeds bestaande ontwikkelingen op het gebied van duurzame energie (zoals wind op zee en zon-pv). Wanneer we als maatschappij zo snel mogelijk de CO 2 - uitstoot willen verlagen, dienen we immers alle mogelijke opties hierin mee te nemen. Bij een CO 2 -neutraal beeld van gas in 2050 is een combinatie van twee routes essentieel: De groen gas route met aandacht voor de verschillende technische mogelijkheden, het verwachte biomassapotentieel en de gewenste infrastructuur. De CO 2 -afvang route met aandacht voor de verschillende technische mogelijkheden, kansrijke opties en toepassingsrijke sectoren. Deze verkenning laat allereerst de mogelijkheden en ontwikkelingen van bovenstaande routes zien. Vervolgens wordt in het eindbeeld een energiemix geschetst waarbij de rol van gas CO 2 - neutraal is ingevuld. Uiteraard is dit beeld aangevuld met een verdeling van andere duurzame bronnen die nodig zijn om een volledig CO 2 -neutrale energietoekomst te realiseren. Voor de verdere ontwikkelingen van groen gas en CO 2 -afvang die nodig zijn om tot de geschetste invulling in de energiemix van 2050 te komen wordt een doorkijk gegeven van de benodigde stappen. 7

8 8 2 Groen gas: stand van zaken, mogelijkheden en potentieel

9 Groen gas: stand van zaken, mogelijkheden en potentieel De ontwikkeling van groen gas kent verschillende routes Verbranding warmte Warmtenet Natte biomassa Vergisting biogas WKK elektriciteit Elektriciteitsnet Mest (rund, kip, varken), gras, stortgas, zeewier, GFT, energiegewassen, afvalwater Opwerking groen gas Gasnet Chemie (feedstock) Droge biomassa Hout, zaagsel, riet Vergassing syngas Verbranding WKK warmte elektriciteit Warmtenet Elektriciteitsnet Methanisering groen gas Gasnet Overzicht van groen gas route in versimpelde weergave 9

10 Groen gas: stand van zaken, mogelijkheden en potentieel Momenteel is vergisting van natte biomassa de meest gangbare route, waarbij biogas wordt opgewerkt tot groen gas Verbranding warmte Warmtenet Natte biomassa Vergisting biogas WKK elektriciteit Elektriciteitsnet Mest (rund, kip, varken), gras, stortgas, zeewier, GFT, energiegewassen, afvalwater Opwerking groen gas Gasnet Chemie (feedstock) Droge biomassa Hout, zaagsel, riet Vergassing syngas Verbranding WKK warmte elektriciteit Warmtenet Elektriciteitsnet Methanisering groen gas Gasnet Overzicht van groen gas route in versimpelde weergave 10

11 Groen gas: stand van zaken, mogelijkheden en potentieel Voor vergisting zijn verschillende technische mogelijkheden, waarvan In Nederland co-vergisting het meest wordt toegepast Vergistingsmethode Werkwijze TRL* Soort biomassa Co-vergisting Monovergisting (allesvergisting) Droogvergisting Hogedrukvergisting Vergisting van mest met een coproduct (bijv. uit land- of tuinbouw of voedingsmiddelenindustrie) Vergisting van een enkele reststroom, zonder co-producten Vergisting door toevoeging van water aan stromen met een droge stofgehalte van 25-45% Vergistingsproces onder hoge druk (20-50 bar). Deze druk wordt vervolgens gebruikt voor opwerking tot groen gas 9 Voornamelijk mest met coproducten 9 Voornamelijk rioolslib, GFT, mest, maïs en VGI 7-8 Droge stromen, zoals stapelbare biomassa uit land- en tuinbouw en grassoorten 7-8 Afvalwater, zuiveringsslib, reststromen van de landbouw en voedingsmiddelenindustrie. Vergisting is een beproefde methode voor de productie van CO 2 -vrij gas met behulp van reststromen. Bovendien worden hierdoor methaanemissies vermeden. Vergisting van nieuwe reststromen bied kansen om het beschikbare biomassapotentieel aanzienlijk te vergroten. De meest toegepaste vormen in Nederland zijn co-vergisting van mest met restproducten (~100 installaties) en monovergisting van slib bij rioolwaterzuiveringsinstallaties (~100 installaties). Het aantal industriële (VGI) en GFT-(mono)vergisters ligt ieder rond de 10. Sterk stijgende handelsprijzen van co-producten versterken de zoektocht naar de inzet van goedkopere biomassastromen (zoals grassen, via droogvergisting) en naar mestmonovergisting. Bronnen: RVO website, van Dorp (2013), TKI Gas (2015) * Eigen inschatting o.b.v. gesprekken en geraadpleegde bronnen 11

12 Groen gas: stand van zaken, mogelijkheden en potentieel Het potentieel van biomassa uit vergisting in Nederland wordt geschat op 2,4 BCM in 2030, met eventuele uitbreiding door benutting zeewier Mln Nm³ groen gas Zeewier Stortgas Gras AWZI RWZI VGI Energiegewassen Kippenmest Varkensmest Rundermest GFT De Routekaart Hernieuwbaar Gas laat zien dat van de huidige hoeveelheid biomassa die wordt verzameld minder dan 0,5 BCM groen gas wordt gemaakt, voornamelijk uit de voedingsen genotsmiddelenindustrie. In 2030 kan dit volgens ECN bijna vervijfvoudigen naar 2,4 BCM groen gas (75 PJ). Het grootst deel daarvan komt uit rundermest. Daarnaast neemt ook zeewier (aquatische biomassa) een belangrijke vlucht. Hoewel de aantallen hiervoor onzeker zijn - deels afhankelijk van de verdere ontwikkeling van offshore windparken - wordt dit potentieel geschat op 5 BCM (160 PJ) in Dat zou betekenen dat het totale vergistingspotentieel in Nederland kan oplopen tot 6,9 BCM in 2030 (219 PJ). Hiervoor zijn wel de nodige innovatieinspanningen noodzakelijk; dit kan heel goed synergetisch zijn aan off-shore wind Bronnen: De Gemeynt et al. (2014), Reith (2006) Met deze aannames wordt het technisch en logistiek potentieel al volledig benut, wat inhoudt dat het aandeel tot 2050 niet veel verder zal stijgen. 12

13 Groen gas: stand van zaken, mogelijkheden en potentieel De ontwikkeling van aquatische biomassa geïntegreerd met offshore windparken is kansrijk Omdat offshore windparken geen scheepvaart toelaten, zijn windparkoppervlakken uitermate geschikt voor de grootschalige teelt van zeewieren en andere aquacultuur. Met de groei van het aantal windparken op zee in Nederland neemt dus ook de potentie van de kweek van zeewier toe. Zeewier is een vorm van biomassa die zich gemakkelijk laat vergisten door het lage ligninegehalte, waarmee aquatische biomassa op lange termijn een belangrijke bijdrage kan leveren aan het binnenlandse biomassa aandeel voor de inzet van groen gas. Uit de Nederlandse ambitie voor wind op zee kan in 2050 ruim 5000 km 2 aan grootschalige teelt van zeewieren plaatsvinden, geïntegreerd met offshore windturbineparken. Op dit areaal kan 25 miljoen ton droge stof aan aquatische biomassa worden geproduceerd. De conversie van zeewierenbiomassa kan daarmee tot 160 PJ aan hernieuwbare gasvormige energiedragers leveren. Bronnen: Reith (2006), De Gemeynt (2014) 13

14 Groen gas: stand van zaken, mogelijkheden en potentieel Vergassing kan in potentie de mogelijkheden van duurzaam aardgas verruimen, maar behoeft verdere ontwikkeling Vergassen is een thermisch proces waarbij biomassa (bijv. hout, snoeiafval of gemaaid gras) onder lage of hoge temperatuur en druk (afhankelijk van de gekozen technologie) wordt omgezet in een bruikbaar gas. Hieruit ontstaat synthesegas, een mengsel van koolmonoxide (CO) en waterstof (H 2 ), dat via methanisering kan worden omgezet in aardgas. Met vergassing kan in tegenstelling tot vergisting snel en grootschalig gas (bio-sng) worden geproduceerd. Vergassing van biomassa is nog geen volledig ontwikkelde technologie. Demo-installaties in Zweden en Nederland* (TRL ~8) laten zien dat de grootschalige omzetting van biomassa naar groen gas wel al mogelijk is, met een hoog rendement. Ook in Oostenrijk, Zweden en Frankrijk wordt hier veel mee geëxperimenteerd. Het synthesegas dat bij vergassing wordt geproduceerd is voor meerdere toepassingen bruikbaar. Voor het opwekken van elektriciteit via gasturbines of warmtekrachtkoppeling, voor het maken van biodiesel of andere vloeibare transportbrandstoffen of voor het omzetten in groen gas voor het gasnet. Bronnen: Aranda et al. (2014), Bahlmann & van Wingerden (2011), gesprek ECN * Demo-installatie MILENA in Alkmaar van ECN wordt momenteel ontworpen 14

15 Groen gas: stand van zaken, mogelijkheden en potentieel Grootschalige vergassing is vooral belangrijk samen met import van biomassa Vergassing kan synthesegas produceren uit verschillende soorten (droge) biomassa. Zo werkte de testinstallatie in Petten onder meer op hout, sloophout, rijstkaf en sojastelen. Stichting Probos geeft aan dat het lange termijn potentieel voor (houtige) biomassa uit Nederlandse reststromen in 2050 neerkomt op (slechts) 40 PJ. Koppejan (2009) berekent het totale biomassapotentieel (vast en vloeibare biomassa) voor energie op 144 PJ in 2020, exclusief het zeewierpotentieel, met een relatief klein aandeel droge biomassa. De beschikbaarheid van droge biomassa in Nederland is al met al relatief klein; grootschalige vergassing is dan ook niet mogelijk zonder import van biomassa of productie van groen gas ten behoeve van Nederland in het buitenland. Een indicatie voor het mogelijke aanbod voor/in Nederland inclusief import kan worden afgeleid uit een mondiale schatting die het PBL heeft gedaan voor biomassastromen. Dit potentieel wordt geschat op 300 tot 800 PJ ruwe biomassa, wat neerkomt op 8,6-22,7 BCM/jaar (wanneer alle beschikbare biomassa wordt ingezet voor de productie van groen gas). 12,0 Potentieel voor vaste biomassa in Nederland volgens Probos (in PJ) Potentieel (in PJ) 10,0 8,0 6,0 4,0 2, ,0 Bos Landschap Teelt Bebouwde omgeving Vers resthout Droog resthout Gebruikt hout Riet Gras (natuur en berm) Heide Bronnen: Boosten & Oldenburger (2014), Koppejan et al. (2009), Lensink (2013), Ros & Prins (2013) 15

16 Groen gas: stand van zaken, mogelijkheden en potentieel Groen gas blijft in verschillende technische methoden duurder dan aardgas Huidige kostprijs van gas ( /GJ) 7 Marktprijs aardgas 2014* Vergassing** (Co)-vergisting 14 GFT-vergisting Kapitaallasten en operationele kosten Grondstofkosten 3 Stortgas In bovenstaande grafiek zijn voor een aantal technieken de kosten van de productie van groen gas weergegeven. De kosten van vergisting zijn onderverdeeld in co-vergisting, GFT-vergisting, stortgas en RWZI (momenteel de meest dominante methoden). Co-vergisting telt doorgaans hoge biomassakosten, vanwege de (stijgende) kosten van het cosubstraat. Deze grondstofkosten zijn bij GFT-vergisting niet van toepassing. Andere (toekomstig interessante) vergistingsmethoden, zoals mestmonovergisting, kennen vooral hogere investerings- en operationele kosten (momenteel een factor 3 á 4 ten opzicht van co-vergisters). Het grootste deel van de kosten van vergassing bestaan uit de kostprijs van biomassa. Daarnaast zullen ook de kapitaallasten in 2050 nog een groot deel in beslag nemen. 1 RWZI * Uit Nationale Energieverkenning 2015 ** Te verwachten prijs in 2050 (PBL, 2016) De huidige kostprijs van vergisting zal naar verwachting tot 2050 (licht) dalen m.b.t. kapitaallasten. De totaalkosten blijven echter in veel gevallen afhankelijk van de prijs van biomassa. Berekening op basis van Ros & Schure (2016), PwC (2012), Aranda (2014) 16

17 Groen gas: stand van zaken, mogelijkheden en potentieel Maar op lange termijn vallen groen gas en CO 2 -afvang binnen de kostenrange van duurzame alternatieven, zoals wind op zee per ton vermeden CO2 ten opzichte van aardgas Uit bovenstaande figuur blijkt dat de prijs per vermeden ton CO 2 van groen gas in dezelfde orde van grootte ligt als CO 2 -reductie bij elektriciteitscentrales, en goedkoper is (en blijft) dan duurzame alternatieven zoals thermische zonne-energie en wind op zee. Ook CO2-afvang kan worden gezien als relevant alternatief: CCS bij elektriciteitsproductie blijkt in vergelijking met fossiel aardgas niet duurder dan veel andere duurzame bronnen. Hierbij is het op middellange termijn zinvol om uit te gaan van pre-combustion CCS bij centrales, omdat deze techniek minder gevoelig is voor bedrijfstijd (zie p. 53). Alleen CO 2 reductie door wind op land is fors goedkoper dan CCS bij elektriciteitscentrales. Eigen berekeningen op basis van verwachte kosten volgens EIA (2015), PwC (2015) en Ros & Schure (2016) Bovenstaande grafiek laat de kosten per vermeden ton CO 2 zien bij elektriciteitsproductie (waarbij duurzame alternatieven worden vergeleken met een elektriciteitscentrale op aardgas zonder CCS) en de kosten per ton vermeden CO 2 van gas voor andere verbruiksdoeleinden. Hierbij is groen gas vergeleken met aardgas.

18 Groen gas: stand van zaken, mogelijkheden en potentieel De productieketen van vergisting lijkt met centrale inrichting interessant; hiervoor zijn wel logistieke aanpassingen nodig Wanneer biogas tot groen gas wordt opgewerkt, dienen keuzes gemaakt te worden over de logistieke indeling van de productieketen. Vergisting tot biogas en opwaardering tot groen gas kunnen immers beide zowel centraal als decentraal plaatsvinden. Biomassa kan centraal of decentraal worden vergist. Momenteel vindt vergisting doorgaans decentraal plaats, op locatie van de boer, zodat de biomassa niet vervoerd hoeft te worden. De keuze voor centrale vergisting geeft echter schaalvoordelen, zorgt vaak voor een professionelere werkwijze en beperkt het aantal opwaarderingslocaties, waarmee kosten worden bespaard. Bij deze optie zijn de kosten voor transport van biomassa echter wel hoger (centralisering is dan ook het meest interessant voor stromen waar de transportkosten doorgaans lager zijn, zoals bij droogvergisting). Bij de vergisting van biomassa komt naast groen gas vaak ook CO2 vrij. Het afvangen van deze CO2 bij de vergistingsinstallatie is gunstig voor invoeding in het gasnet en uiteraard worden zo ook CO2-emissies vermeden of zelfs negatief (aangezien de koolstof uit biomassa komt). Hiervoor zijn nieuwe kleinschalige afvangtechnieken (zoals CarbonOrO, zie slide 24) belangrijk. Biomassa Biomassa Centrale vergister Centrale opwerkinstallatie g a s n e t Biomassa Bronnen: PwC (2012), gesprek Gasunie & Groen Gas Nederland, gesprek CarbonOrO 18

19 Groen gas: stand van zaken, mogelijkheden en potentieel Groen gas kan worden ingevoed op het gasnet, met mogelijkheden van opslag en in combinatie met CCS ook negatieve CO2-emissies Voor zowel biogas uit vergisting als synthesegas uit vergassing gelden verschillende afzetroutes. Het gas kan worden verbrand via gasturbines of WKK s voor elektriciteit en warmte, worden omgezet in brandstoffen, of worden opgewerkt tot groen gas. Bio-SNG kan daarnaast als grondstof dienen voor de chemische industrie. Hoewel biogas in Nederland nog veel wordt ingezet voor groene stroom d.m.v. WKK s, lijkt de opwerking tot groen gas een voordeligere keuze. Dit omdat restwarmte uit WKK s vaak niet optimaal kan worden benut, terwijl groen gas na opwaardering op dezelfde wijze kan worden opgeslagen en afgezet in de markt als het huidige aardgas. Bovendien kan groen gas in combinatie met (centrale) CCS opereren, wat kostenefficiënt is en op termijn voor negatieve CO2-emissies kan zorgen. Invoeding van groen gas kan via het landelijke RTL-net van GTS of via de netten van de lokale netbeheerders. De laatste variant heeft momenteel vaak de voorkeur, omdat het gas niet op hoge druk (> 40 bar) hoeft te worden gebracht, waardoor exploitatiekosten lager zijn. Deze variant is echter niet toereikend wanneer de afzetcapaciteit van het RNB-net vol raakt (in de huidige situatie sporadisch in zomermaanden). Het groen gas moet dan worden afgefakkeld. Deze situatie kan worden voorkomen m.b.v. een gasbooster, dat het overtollige groen gas opwaardeert tot hoge druk en overzet in het RTLnet, waar een grotere afzetcapaciteit beschikbaar is. Gasvraag Groen gas productie Winter Zomer Bronnen: PwC (2012), Enxis (2015), gesprek Gasunie & Groen Gas Nederland 19

20 20 3 CO 2 -afvang: stand van zaken, mogelijkheden en potentieel

21 CO2-afvang: stand van zaken, mogelijkheden en potentieel Voor CO 2 -afvang zijn verschillende technieken beschikbaar Bij CO 2 -afvang zit de grootste uitdaging in het scheiden van CO 2 van andere stoffen, zoals stikstof (N 2 ). Hiervoor zijn verschillende methoden beschikbaar, van klassieke (bestaande) technieken tot opkomende technieken. Klassieke technieken voor CO 2 -afvang: Post-combustion capture, waarbij CO 2 wordt afgevangen nadat de brandstof is verbrand. Het proces is gericht op het scheiden van CO 2 van andere stoffen (zoals H 2 O en N 2 ) uit de uitlaatgassen. Pre-combustion capture, waarbij voordat er verbranding plaatsvindt, de brandstof wordt omgezet naar waterstof (H 2 ) en CO 2. De CO 2 wordt afgevangen en de waterstof wordt verbrand. Oxy-fuel combustion, waarbij aardgas wordt verbrand, maar met puur zuurstof zodat er geen stikstof (N 2 ) in de uitlaatgassen zit en CO 2 alleen nog gescheiden hoeft te worden van water. Opkomende technieken voor CO 2 -afvang: Chemical looping combustion, waarbij twee reacties plaatsvinden. Eerst wordt een metaaloxide gevormd en daarna wordt de brandstof verbrand waarbij de zuurstof van de metaaloxides wordt gebruikt. Hierdoor ontstaat geen stikstof (N 2 ). Brandstofcellen (SOFC), waarbij zuurstof uit de lucht door een elektrolyt gaat, waardoor geen stikstof in de uitlaatgassen zit. Wel zit er vaak nog brandstof, die niet verbrand is, in de uitlaatgassen. Vrijwel alle huidige methodes zorgen voor een CO 2 -afvang van zo n 85%-90%. Hogere afvangpercentages zijn mogelijk, maar vaak kost dit veel energie. Chemical looping zorgt voor 100% CO 2 -afvang, bij SOFC is afvang van 90% mogelijk. Bronnen: SBC Energy Institute (2012), gesprek Fluor,, Ecofys (2014), Adanez et al. (2012) 21

22 CO2-afvang: stand van zaken, mogelijkheden en potentieel Niet alle technieken zijn rijp om op de markt te worden gebracht CCS techniek TRL* Eerste projecten vanaf Post-combustion 9 Heden Verbeterde post-combustion Pre-combustion 8 Heden Oxy-fuel Chemical looping combustion (CLC) 4 >2025 Brandstofcel (SOFC) 4 >2025 Post-combustion is een beproefd concept dat al wordt toegepast op centrales t/m 250 MW. Geavanceerdere post-combustion technieken zijn nog in ontwikkeling. Ook pre-combustion is vergevorderd. Deze techniek wordt in de procesindustrie al toegepast en in sommige gevallen op kleine elektriciteitscentrales. Als Oxy-fuel competitief wordt, kunnen projecten worden verwacht rond Chemical looping combustion zit nog in de wetenschappelijke onderzoeksfase. Er zijn wel wat prototypes gebouwd die het concept bewijzen, maar dit zijn modellen op kleine schaal. Dat geldt ook voor brandstofcellen. De Solid Oxyde Fuel Cell (SOFC) draait rechtsreeks op gas en kan ook voor CCS worden gebruikt, omdat daarin de brandstof en lucht gescheiden blijven. Dit is echter nog niet op grote schaal getest. Het proces van opslaan van CO 2 viel buiten de scope van deze studie. Opslaan van CO2 in lege olie- en gasvelden is een welbekend proces in de olie-en gasindustrie. De publieke voorkeur is thans, om opslagvelden op de Noordzee te gebruiken. In verband met de beperkte omvang daarvan is gas-ccs dan gunstiger dan kolen-ccs: we doen dan langer met deze opslagvelden. * Eigen inschatting o.b.v. gesprekken en genoemde bronnen Inventarisatie op basis van verschillende bronnen en interviews met experts 22

23 CO2-afvang: stand van zaken, mogelijkheden en potentieel Post-combustion capture is een simpele en beproefde methode Post-combustion capture is tot op heden de meest voor de hand liggende techniek. Bij Post-combustion capture wordt brandstof eerst met lucht verbrand. Daarna wordt de CO 2 afgescheiden uit de uitlaatgassen. Meestal gaat dat als volgt: de uitlaatgassen worden vermengd met een middel dat CO 2 absorbeert (vaak amines). Daarna wordt dit middel, inclusief de CO 2, uit de uitlaatgassen gehaald en verwarmd, zodat de CO 2 weer loslaat. Deze CO 2 kan dan worden gebruikt of opgeslagen. Het verbanden van het absorptiemiddel is de grootste energieverbruiker in dit proces. Post-combustion capture is een beproefd concept dat in de jaren tachtig al werd toegepast op elektriciteitscentrales, maar is nog steeds volop in ontwikkeling (voornamelijk m.b.t. verminderen van energiegebruik). De techniek is de afgelopen jaren sterk verbeterd en kan relatief eenvoudig worden geïnstalleerd. Wel is er nog weinig ervaring met het installeren van post-combustion capture technieken op elektriciteitscentrales van 1 MW en hoger, maar dit vormt technologisch gezien geen uitdaging. Bronnen: SBC Energy Institute (2012) 23

24 CO2-afvang: stand van zaken, mogelijkheden en potentieel Voorbeeld van ontwikkelingen verbeterde post-combustion capture (kleinschalige en energiezuiniger CO 2 -afvang) Hoewel de basis van post-combustion capture een redelijk beproefd concept is, zijn er nog steeds veel ontwikkelingen op dit gebied. Een goed voorbeeld daarvan is CarbonOrO. CarbonOrO heeft een nieuwe post-combustion techniek ontwikkelt die zorgt voor een verminderd energiegebruik. Bij conventionele post-combustion installaties is veel warmte benodigd om de CO 2 weer los te maken van de amines. Bij het CarbonOrO concept is de benodigde temperatuur voor het losmaken van de CO 2 veel lager (zo n 70 C). Dit zorgt er niet alleen voor dat er minder energie (warmte) vereist is, maar ook dat de warmte die hiervoor wordt gebruikt geen hoge temperatuur hoeft te hebben. Aangezien vrijwel alle chemische bedrijven restwarmte hebben van lage temperatuur (tot 100 C) kan deze worden restwarmte worden ingezet als warmtebron die benodigd is voor CO 2 -afvang. Deze restwarmte kan gelden als CO 2 -vrije energiebron, omdat het anders geloosd of weggekoeld zou worden. Hierdoor kost deze technologie effectief minder energie dan veel andere CCS oplossingen. De technieken van CarbonOrO worden momenteel nog niet op grote schaal ingezet. Deze technieken worden momenteel vooral geschikt gemaakt voor kleinere industriële bedrijven. Installaties van CarbonOrO worden nu al ingezet bij kleine bedrijven die van biogas groen gas willen maken voor invoeding in het gasnet. Dit zorgt voor negatieve emissies doordat bij een al CO 2 -neutrale brandstof (biomassa) nog CO 2 wordt afgevangen. Bronnen: Interview CarbonOrO 24

25 CO2-afvang: stand van zaken, mogelijkheden en potentieel Pre-combustion capture is een geavanceerde, maar beproefde, methode Pre-combustion capture is een veelgebruikte techniek voor CO 2 afvang. Het principe is gebaseerd op het eerst omzetten van brandstoffen in andere brandstoffen waarbij geen CO 2 ontstaat. Met behulp van zuurstof wordt van de brandstof syngas gevormd (een mengsel van CO en H 2 ). Vervolgens wordt met behulp van de water gas shift reactie een mengsel van CO 2 en H 2 O geproduceerd. Dit mengsel wordt gescheiden. De waterstof (H 2 ) kan worden verbrand met de lucht en dat geeft alleen maar water (H 2 O). De CO 2 kan worden gebruikt of opgeslagen. De techniek is de afgelopen jaren veel verbeterd. Pre-combustion capture wordt al ingezet voor elektriciteitscentrales die draaien op kolen. Het nadeel van de pre-combustion techniek is dat er meer NO x ontstaat als het wordt verbrand in de bestaande turbines. Technieken in bestaande centrales om NO x terug te dringen zijn niet te gebruiken voor de verbranding van waterstof. Bronnen: SBC Energy Institute (2012) 25

26 CO2-afvang: stand van zaken, mogelijkheden en potentieel Oxy-fuel combustion is een simpel concept, maar wordt niet veel gebruikt Oxy-fuel combustion is een relatief simpel concept. Het is gebaseerd op de gedachte dat als de brandstof wordt verbrand met pure zuurstof er geen mengsel van stikstof (N 2 ) en CO 2 ontstaat en CO 2 dus alleen gescheiden hoeft te worden van water (H 2 O). Bij Oxy-fuel combustion wordt lucht eerst gezuiverd. Dit betekent dat alle stikstof (en andere gassen) worden verwijderd zodat alleen pure zuurstof overblijft. Deze pure zuurstof wordt gebruikt om de brandstof mee te verbranden. Omdat het verbranden met pure zuurstof zorgt voor veel te hoge temperaturen, wordt een deel van de uitlaatgassen gerecycled en opnieuw in het verbrandingsproces ingebracht. Het oxy-fuel concept bestaat al lang. Toch zijn er maar weinig ontwikkelingen op dit gebied gaande. Dit komt met name doordat de oxy-fuel techniek relatief duur is. Het verwerken van lucht tot pure zuurstof is erg energie-intensief. Daarnaast zijn bestaande turbines niet te gebruiken voor oxy-fuel, omdat de samenstelling van het uitlaatgas dat door de turbine gaat anders is. Om de oxy-fuel techniek te gebruiken, moeten dus hele andere turbines moeten worden ontworpen. Bronnen: SBC Energy Institute (2012) 26

27 CO2-afvang: stand van zaken, mogelijkheden en potentieel Chemical Looping Combustion is een nieuwe veelbelovende techniek Chemical Looping Combustion is een nieuwe techniek die is gebaseerd op hetzelfde concept als oxy-fuel combustion: de brandstof wordt niet met lucht verbrand, waardoor CO 2 en N 2 niet vermengd worden. Bij Chemical Looping Combustion zijn twee reactoren. In de eerste reactor wordt zuurstof aan de lucht onttrokken om zich te binden aan een metaal (een metaaloxide). Deze metaaloxides worden naar een tweede reactor gebracht waar de brandstof wordt verbrand. Hierbij wordt de zuurstof geleverd door de metaaloxides. Hierdoor ontstaat een mengsel van CO 2 en H 2 O, wat makkelijk te scheiden is. De metaal(/metaaloxides) worden teruggevoerd naar de eerste reactor, waar zij zich weer kunnen binden aan zuurstof. De technologie is nog in ontwikkeling. Momenteel wordt het getest op kleine prototypes (10kW). Theoretisch is het mogelijk een conventionele elektriciteitscentrale op aardgas uit te breiden en zo gebruik te maken van de CLC-techniek. Een bottleneck is de reactortemperatuur die gehaald kan worden, zonder dat de metaaloxides instabiel worden. Dit is onderwerp van verder onderzoek. Bronnen: National Energy Technology Laboratory, Chemical Looping Combustion, 27

28 CO2-afvang: stand van zaken, mogelijkheden en potentieel Elektriciteitsopwekking met behulp van brandstofcellen zijn zeer veelbelovende opties Brandstofcellen zijn nog in de ontwikkelfase. Bij een brandstofcel komt alleen de zuurstof in aanraking met het brandstof waardoor CO 2 en stikstof (N 2 ) niet vermengd worden. Het basisprincipe werkt als volgt: brandstof wordt bij de anode van de brandstofcel ingebracht. De lucht wordt aan de kathode zijde ingebracht. Aan de kathodezijde worden zuurstofatomen geïoniseerd en deze worden door het elektrolyt gevoerd om te reageren met de brandstof. Hierdoor ontstaat direct elektriciteit en is dus geen turbine nodig. Na reactie in de brandstofcel ontstaat CO 2 en H 2 O, maar er blijft een restant brandstof zitten. Er zijn veel verschillende mogelijkheden om te gaan met deze overgebleven brandstof. Eén van de opties is om deze brandstof alsnog te verbranden met behulp van oxy-fuel combustion. Na oxy-fuel combustion kan de CO 2 worden gecondenseerd en opgeslagen. Brandstofcellen hebben een hoge efficiëntie, ook bij kleine vermogens. Dit maakt ze geschikt voor gedecentraliseerde elektriciteitsopwekking. Brandstofcellen zouden in de toekomst kunnen worden ingezet op off-shore locaties om daar stroom op te wekken in kleine hoeveelheden en de afgevangen CO 2 direct terug het olie/gasveld in te pompen. Ook kunnen brandstofcellen op decentraal wijkniveau/tuinbouw interessant zijn, waar de mogelijkheid is om CO 2 direct te hergebruiken. 28

29 Technische mogelijkheden voor CO 2 -afvang Er is weinig ervaring met CO 2 -afvang bij elektriciteitscentrales op gas: slechts één lopend demonstratieproject Elektriciteitscentrales op basis van olie Elektriciteitscentrales op basis van kolen Elektriciteitscentrales op basis van aardgas Elektriciteitscentrales op basis van waterstof Andere projecten Wereldwijde (demonstratie)projecten waar CO2-afvang wordt toegepast Er zijn veel lopende projecten op het gebied van CO 2 -afvang, bij elektriciteitscentrales in het bijzonder. Opvallend is dat de meeste CO 2 -afvangtechnieken gebruikt kunnen worden voor zowel kolen als voor gas, maar dat vrijwel alle demonstratieprojecten zich focussen op kolen. Hier zijn hoofdzakelijk drie redenen voor: Allereerst zijn kolencentrales veel vervuilender, waardoor voor het op korte termijn reduceren van CO 2 het effectiever is om bestaande kolencentrales uit te rusten met technieken voor CO 2 -afvang. Een groot deel van de elektriciteitsindustrie wereldwijd draait op kolen (22% van de wereldwijde elektriciteit wordt door gas opgewekt en 40% door kolen). Dit geldt echter niet voor Nederland. Het afvangen van CO 2 is ingewikkelder in elektriciteitscentrales op gas, vanwege de samenstelling van het uitlaatgas. In uitlaatgassen van kolencentrales zit relatief veel CO 2, wat afvang makkelijker maakt. CO2-afvang bij gas zorgt echter integraal voor minder uitstoot (bij afvang van kolencentrales blijft nog steeds meer CO2-uitstoot over dan bij afvang van gascentrales). Bovendien zijn de afgevangen volumes bij gas lager, waarmee minder opslagcapaciteit nodig is. Bronnen: ZERO CO 2 Database: 29

30 Technische mogelijkheden voor CO 2 -afvang CO 2 -afvang bij elektriciteitscentrales kost veel energie 60% 50% 46% 48% 55% 51% 59% Geen afvang Post-combustion Pre-combustion Oxy-fuel Verbeterde postcombustion Chemical looping combustion Brandstofcel met afvang Rendement van een gasgestookte elektriciteitscentrale bij verschillende CCS technieken(% LHV)* Wanneer een gascentrale wordt uitgerust met bestaande post-combustion technieken, of een centrale met pre-combustion of oxy-fuel technieken wordt gebouwd, zou het rendement dalen van 60% naar 50%, 46% of 48 % respectievelijk. In de praktijk betekent dat dat een centrale 16% tot 23% minder efficiënt draait door CO 2 -afvang. Toekomstige technieken hebben meer potentie. Met chemical looping combustion valt in de toekomst een rendement van 51% te halen. Brandstofcellen hebben een nog beter rendement wanneer ze commercieel inzetbaar zijn. Een brandstofcel waarbij CO 2 wordt afgevangen heeft een rendement van 59%, slechts 1% minder dan een traditionele gasgestookte elektriciteitscentrale. Bronnen: Kanniche et al. (2010) Damen et al. (2007). *Let op: voor zonder afvang, post-combustion, pre-combustion en oxy-fuel gaat men uit van compressie tot 150 bar, terwijl bij de moderne technieken rekening is gehouden met compressie tot 110 bar. Dit scheelt echter slechts zo n 1 procentpunt aan efficiëntie. 30

31 CO 2 -afvang in de industrie In de industrie kan ongeveer de helft van de CO 2 -uitstoot worden gereduceerd met behulp van CO 2 -afvang CO 2 -uitstoot industrie in 2040 In 2040 zonder efficiëntieverbetering Te besparen (niet economisch haalbaar) Te besparen (economisch haalbaar) Uitstoot In 2040 zonder efficientiëverbetering met CO2 afvang In de industrie werd in Megaton CO 2 uitgestoten. De verwachting is dat, als de efficiëntie in de industrie helemaal niet zou verbeteren, 75 Megaton wordt uitgestoten in Deze uitstoot zou met 40 Megaton kunnen worden verminderd met behulp van CCS-technieken. Van deze 40 Megaton is een reductie van zo n 23 Megaton economisch haalbaar. Met economisch haalbaar wordt bedoeld dat de kosten voor CO 2 vermijding onder de 92 per ton CO 2 ligt. Dit zou betekenen dat 700 PJ CO 2 -neutraal kan worden uitgestoten. Het economisch haalbare deel komt neer op zo n 400 PJ; hiermee is gerekend. Er zijn wel opties om dit verder te verbeteren (dit wordt aanbevolen voor verdere studie): Met behulp van energie-efficiënte maatregelen kan de uitstoot in de industrie verder worden gereduceerd, naar een totale uitstoot van 12 Mton of 28 Mton wanneer we kijken naar economisch haalbare opties. Met nieuwere CCS-technieken (zoals pre-combustion of chemical looping) zou een groter CCS potentieel in de industrie haalbaar kunnen zijn. Bronnen: Saygin, et al. (2013) 31

32 32 4 Schets van een CO 2 -neutrale gastoekomst

33 Schets van een CO 2 -neutrale gastoekomst Met behulp van het Energietransitiemodel is een scenario opgesteld met gas als continue energiedrager 2500, , , ,00 500,00 Primair energetisch energieverbruik 2013 vs (PJ) Groen gas Vloeibare biobrandstoffen LNG Hernieuwbare elektriciteit Afval Vaste biomassa Geïmporteerde elektriciteit Kolen Aardgas Ons 2050 scenario is gebaseerd op het RLI 95% scenario van Quintel volgens het Energietransitiemodel. In dit scenario gaan wij uit van een afname van het totaal primair energieverbruik tot 2050 van 13%. Ook het aandeel aardgas in deze energiemix wordt lager, van 1400 PJ in 2013 tot 950 PJ in Dit aandeel wordt versterkt met groen gas o.b.v. het binnenlandse biomassapotentieel. Het aandeel kolen en andere fossiele brandstoffen (m.u.v. olie voor niet-energetisch gebruik) is in dit 2050 scenario vrijwel volledig vervangen. Hiermee is aardgas de enige fossiele bron. 0, Bron: Energietransitiemodel. 2050: eigen inschatting o.b.v. Quintel RLI 95% scenario (Kerkhoven et al. (2015)) 33

34 Schets van een CO 2 -neutrale gastoekomst In het meest gunstige geval (inclusief biomassa uit zeewier) komt het binnenlandse biomassapotentieel in 2050 op circa 200 PJ Vaste biomassa voor vergassing Natte stromen voor vergisting Aquatische biomassa 200 PJ Technisch gezien kan in 2050 grofweg tot 200 PJ aan biomassa voor de productie van groen gas worden ingezet. Hierbij wordt echter wel uitgegaan van optimale benutting van reststromen in Nederland, doorontwikkeling van vergassing en grootschalige ontwikkeling van het zeewierpotentieel in combinatie met offshore windparken. Dit betekent dat in Nederland de komende jaren flink ingezet moet worden op de verdere professionalisering en ontwikkeling van de benutting van deze stromen. Ook de bijbehorende logistiek hierbij is een belangrijk aandachtspunt. Wanneer men inzet op de import van biomassa, kan dit potentieel worden vergroot tot maximaal 800 PJ (volgens een inschatting van het PBL). Deze import zal voornamelijk kunnen worden ingezet voor vergassing, aangezien het gaat om transport van vaste biomassastromen. Binnenlands biomassapotentieel in 2050 Bronnen: De Gemeynt (2013), Reith et al.. (2006), Ros & Prins (2014)

35 Schets van een CO 2 -neutrale gastoekomst Dit scenario gaat uit van een aantal robuuste elementen in de energievraag en het aanbod van verschillende technologieën Enkele uitgangspunten uit het Quintel-scenario: Een stijging van de vraag naar energie van 1% per jaar in de industrie (op basis van Visie op warmte in de industrie van CE Delft en verslagen expertsessies RLI). Een stijging van het aantal auto s (0,5% per jaar), vrachtwagens (1,2 % per jaar), treinen (1,2% per jaar), aantal binnenvaarders (1,1% per jaar) en het aantal binnenlandse vluchten (2,1% per jaar) (op basis van PRIMES scenario). In de industrie is er geen primair lage temperatuur warmteverbruik. Het scenario neemt aan dat alle lage temperatuur warmteverbruik wordt geleverd door restwarmte van hoge temperatuur warmteverbruik. Verbrandingstechnologieën worden massaal vervangen door elektrische technologieën (warmtepompen, elektrische auto s, e.d.). De piekvraag in de winter bedraagt 12,5% van de huidige piekvraag. Voor transport wordt gebruik gemaakt van waterstoftechnologieën, omdat de opslagcapaciteit van batterijen beperkt is. Kerncentrales zijn niet te gebruiken, omdat deze ontworpen zijn om continu aan te staan. In de energie-intensieve industrie blijft verbranding van fossiele brandstof of biomassa noodzakelijk om hoge temperaturen te halen. Er zijn geen energie-opslagfaciliteiten, maar het scenario gaat er vanuit dat overschotten kunnen worden geëxporteerd en tekorten kunnen worden opgevangen door centrales (fossiel of biomassa). Men gebruikt een rendement voor elektriciteitscentrales met CCS van 49%. 35

36 Primair energieverbruik (PJ/jaar) Schets van een CO 2 -neutrale gastoekomst In dit scenario (zonder import van biomassa) kan de Nederlandse CO2-emissie dalen met 96% ten opzichte van Scenario 1: primair energetisch energieverbruik zonder import van biomassa: gasinzet voor 89% CO2-neutraal, 96% daling van CO2-emissie t.o.v. 1990) 1000 Groen gas Landbouw Gebouwde omgeving De totale gasvraag komt in dit scenario uit op zo n 1100 PJ/jaar (~35 BCM), waarvan 12% wordt ingevuld door groen gas (gerelateerd aan het binnenlands biomassapotentieel in 2050*). We gaan hierbij uit van de transitie naar post-combustion en pre-combustion CCS in de industrie. Op centrale locaties wordt voor kleine procesinstallaties gas omgezet naar waterstof voor inzet in de procesindustrie. Dit zorgt voor een reductie van 86% van de huidige CO 2 -emissies in de industrie. In dit scenario komt de totale netto CO 2 -uitstoot uit op 6,21 Mton per jaar. Dit betekent dat het gasverbruik in dit scenario (zonder biomassa-importen) voor 89% CO 2 -neutraal is. Samen met de energiebesparingsmaatregelen en duurzame energie inspanningen is de totale emissiereductie die wordt gehaald met dit scenario integraal bijna 96% ten opzichte van * Met een groen gas conversierendement van 70% Industrie Overig Transport Vloeibare biobrandstoffen LNG Hernieuwbare elektriciteit Afval Vaste biomassa Geïmporteerde elektriciteit Kolen Aardgas met CCS NB: in de gebouwde omgeving is het aandeel aardgas afkomstig van gascentrales met CCS (als elektriciteit)

37 Schets van een CO 2 -neutrale gastoekomst Waarvan de warmte in gebouwde omgeving voor 100% CO 2 -neutraal wordt ingevuld, met de huidige infrastructuur ook door hybride WP Volgens verschillende studies kan de gebouwde omgeving in 2050 voor 100% CO 2- neutraal worden gemaakt. Hybride warmtepompen geven daarvoor talloze varianten. Neem de studie van CE Delft* die oorspronkelijk uitkomt op all-electric in nieuwbouw/renovatie en veel warmtenetten in de bestaande bouw met groen gas als hulpketels plus decentrale CV's: Mlrd m3 gas eq./jaar Groen gas CV All-electric Warmtenetten Groen gas ,9 0,4 In deze plot van resultaten CE-studie is de bestaande energievraag voor warmte (ca. 11 mlrd m3 gas) teruggebracht tot 6,7 mlrd m3 in 2050 door energiebesparing. Hiervan wordt 0,9 mlrd m3 voorzien door groen gas CV, de rest door allelectric en door warmtenetten, waarbij nog 0,4 mlrd m3 groen gas nodig is in de hulpketels. Niet gekwantificeerd in de studie is het groen gas in de elektriciteitsopwekking voor de allelectric in de winter en de eventuele bijstookfactor voor restwarmte; CE gaat hiervoor uit van centrale CCS. Hierdoor is deze variant volledig CO 2 -vrij. Deze studie nam de hybride warmtepompen echter nog niet mee. Als we ervan uit gaan dat in 2050 geen pure Cv-installaties meer staan, maar overal hybride WP (mix van WP en CV), dan kan met inzet van dezelfde hoeveelheid groen gas de bestaande bouw CO 2 -neutraal worden zonder warmtenetten. Dat kan grotendeels met de huidige infrastructuur, dus ook zonder verzwaring van elektriciteitsnetten. Mlrd m3 gas eq./jaar Hybride WP All-electric Warmtenetten Groen gas 0,03 Rekenvoorbeeld 1: De uitgangspunten zijn hetzelfde als hierboven, maar nu wordt het groen gas niet gebruikt voor CV s maar voor hybride warmtepompen, dus partiele elektrificatie met gas als back-up. Hierdoor kunnen veel meer woningen worden bediend met dezelfde hoeveelheid groen gas. Warmtenetten zijn dan bijvoorbeeld veel minder nodig waardoor ook de bijstook van groen gas sterk daalt. De totale hoeveelheid groen gas daalt in dit voorbeeld naar ca. 1 mlrd m 3, waardoor iets meer groen gas overblijft voor industrie en vervoer. De penetratie van all-electric is in dit voorbeeld hetzelfde gehouden. Ook deze variant is volledig CO 2 -vrij. Bronnen: *CE Delft/Schepers et al., Berenschot (2016), (2015). 37

38 Schets van een CO 2 -neutrale gastoekomst Met groen gas en hybride WP zijn diverse CO 2 -vrije toekomsten in de gebouwde omgeving mogelijk, afhankelijk van lokale optimalisaties In een recente studie van Ecofys* is aangetoond dat hybride warmtepompen in de bestaande bouw financieel gunstiger uitpakken dan all-electric, vooral door het verschil in infrastructurele kosten. Het is dus ook denkbaar om (met dezelfde hoeveelheid groen gas) de gebouwde omgeving CO 2 - neutraal te voorzien met hybride WP (elektra/groen gas) en warmtenetten en minder all-electric: Mlrd m 3 gas eq./jaar Hybride WP All-electric Warmtenetten Groen gas ,6 0,4 Rekenvoorbeeld 2: Weer dezelfde uitgangspunten. Het groen gas wordt gebruikt voor hybride warmtepompen, dus partiele elektrificatie met gas als back-up. Dit dekt een redelijk deel van de warmtevraag In dit voorbeeld is er van uit gegaan dat groen gas hybride WP sterker is dan all-electric in de bestaande bouw en renovatie, en dat juist warmtenetten wel breed tot stand komen, wat ook meer groen gas vraagt voor de hulpketels. De totale benodigde hoeveelheid groen gas is ook hier ca. 1 mlrd m 3. Ook deze variant is volledig CO 2 -neutraal. Uiteraard is ook een mix mogelijk waarbij groen gas hybride WP de basis vormt, met daarnaast de meer rendabele delen van het potentieel aan all-electric en warmtenetten: Mlrd m 3 gas eq./jaar Hybride WP All-electric Warmte ,25 0,75 Groen gas Rekenvoorbeeld 3: Weer dezelfde uitgangspunten. Warmtenetten en all-electric worden gerealiseerd in hun meer rendabele toepassingen afhankelijk van lokale situaties. Voor de rest wordt overgegaan op groen gas met hybride WP (dus geen losse CV s meer). De totale benodigde hoeveelheid groen gas is ook hier ca. 1 mlrd m 3. Ook deze variant is volledig CO 2 -neutraal. Dit rekenvoorbeeld is arbitrair en zou ook anders uit kunnen vallen afhankelijk van de lokale optimalisaties. De primaire brandstofmix in dit laatste rekenvoorbeeld is het meest compatibel met het RLI 95% scenario van Quintel volgens het Energietransitiemodel. In de praktijk zal de realisering per regio verschillen afhankelijk van lokale kenmerken en behoeften. In alle varianten blijft gas de winterpiek voorzien, hetzij in de hulpketels, hetzij voor gascentrales nodig voor de winterpiek in de elektrificatie. Bronnen: *Ecofys (2015) 38

39 Schets van een CO 2 -neutrale gastoekomst Groen gas is belangrijk voor het invullen van de winterpiek in de gebouwde omgeving De warmtevraag concentreert zich uiteraard in de winterperiode: de warmtevraag is dan vijf maal zo groot als in de zomer. Elke infrastructuur die warmte levert, moet rekening houden met de capaciteitspiek in de winter. Het gasnet is daar standaard op uitgelegd. Warmtenetten kunnen tot de helft van de piekcapaciteit leveren. De rest van de warmtevraag wordt voorzien door een hulpwarmteketel op gas die voorziet in de koudste dagen. Bij elektrificatie van de elektriciteitsinfrastructuur moet op een soortgelijke wijze rekening worden gehouden met capaciteitspieken in de winter. Dat is lastig omdat in de winter doorgaans juist wat minder duurzame energie uit zon plus wind beschikbaar is. Ook is de warmtevraag veel groter dan de elektriciteitsvraag, waardoor extra verzwaringen van het elektriciteitsnet nodig zouden zijn. De inzet van groen gas lost het eerste probleem (beschikbaarheid van duurzaam) op: groen gas kan namelijk opgeslagen worden voor aanvulling op zon en wind in de wintermaanden. Het tweede probleem (netcapaciteit ) wordt opgelost met een hybride warmtepomp. Dat is een hulpketel per woning die de winterpiek opvangt, waardoor uitbreiding van het elektriciteitsnet minder nodig is. Bij slimme hybride warmtepompen kan dit zelfs geheel achterwege blijven*: verduurzaming van de gebouwde omgeving met de huidige infrastructuur. Mln. m 3 gas Maandverbruik aardgas kleinverbruikers via regionale distributienetten, Bron: CBS Bronnen: Berenschot, BDH, DNV GL (2016)